《一名物理学家的教育历程》学案8
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第14课 一名物理学家的教育历程
追梦的年龄,谁没有理想?在这个科技日新月异、突飞猛进的时代里,成为一名科学家也许是年轻人心中最远大的目标。那么,怎样才能把自己培养成一位卓越的科学家?美籍日裔物理学家加来道雄的成长经历,启示我们,是真正的好奇心。真正的好奇心不是猎奇,以平庸或愚昧的心态去“发掘”别人的痛苦,而是用心观察最平常事物的神奇之处,用心思考神奇之处产生的原因。
1.走近作者
生平
经历
加来道雄,日裔美国理论物理学家。加来道雄出生于美国加利福尼亚州圣何塞,1968年毕业于哈佛大学,1972年在伯克利加州大学获博士学位。主要研究方向是弦理论、超对称以及万有理论。
主要
作品 主要著作有《超越爱因斯坦》《量子场论》《超弦导论》。
2.背景解读
在当代物理学中有一些非常重要却又艰深的思想,往往因为难以形象浅显地解说而不能为公众所了解。而加来道雄不畏艰辛,在《超越时空》一书中用很生动的方式向读者展示了现代物理前沿之一——超空间理论的来龙去脉。
3.相关知识
统一场论
根据现代物理学知识,将我们的宇宙结合起来的力有四种:引力、电磁力、强核力和弱核力。物理学家运用量子力学,已经把后三种力统一起来(物理学家杨振宁和他的学生米尔斯提出杨—米尔斯场理论,解决了这一问题,被称为“标准模型”。但是这一理论因为计算繁复无比而让人头疼),但是引力仍然游离在外。爱因斯坦毕终生之力想寻求四种力的统一,建立一个大一统的理论,最终也没有实现。
高维空间
现代理论物理学认为,统一四种力的前景,在于高维空间(如十维或更高)理论的确立。比如对于古人来讲,风暴是怎样产生的,风暴会袭击什么地方,什么时候袭来,什么时候结束,他们是一无所知的,因为他们生活在平坦的大地上,只能靠肉眼从近似于二维平面的角度来观察,即使有简单的预报,也都是靠经验来推测的。现在有了气象卫星,从太空这样三维角度观察地球,在地面上看似神秘莫测的风暴被看得一清二楚,可以精准地预报风暴的动向。同样,理论物理学家认为,传统的四维(空间三维加上时间)理论太“小”,不能解释宇宙中的四种力。当他们超越四维而在更高维(如十维或更高)中寻求统一这四种力时,就能得到一种简单、漂亮的解决模型(科学家认为宇宙应该是简单、和谐的)。
高维空间理论认为,宇宙大爆炸后10~43秒,十维宇宙分解成四维宇宙和六维宇宙,四维宇宙暴胀,经过近150亿年,演变成今天我们生活的宇宙。大爆炸后10~35秒,大统一力分开。但是高维空间理论